2021年杭电光隔型DCDC开关电源稳压系统标准设计

2024-07-16 来源：小侦探旅游网

综合课程设计汇报

题目

光隔型DC/DC 开关电源稳压系统设计

学院

自动化

专业

电气工程和自动化

班级	11093111
学号	11931135
学生姓名	王灿
指导老师	张卫孟明

完成日期

20XX年9月20日

一、综合课程设计目标

◆加强工程实践能力——锻炼

◆培养知识综合利用——能力

本课程设计关键是围绕着控制系统建模、分析、校正（确定调整律）及系统实

现技术等步骤进行，着重培养学生含有综合利用已学《自动控制原理》、《模拟电子》、《数字

电子》、《电力电子技术》及控制系统MATLAB仿真等知识，分析、设计简单控制系统初步

能力，并含有利用EDA软件——Protel99se，规范地绘制电路原理图基础能力。

二、设计题目及要求

光隔型DC/DC开关电源稳压系统设计
A、关键参数：
（1）输入：5（4～6）VDC；
（2）输出：12VDC；
额定功率：40W；
负载率：（10-100）%；
（3）其它：调制频率25KHz；L=75μH、C=680μFB：主电路方案：全桥式（MOSFET）

三、设计内容及要求

◆确立主电路，并用Protel99se进行规范绘制；◆建立系统对象数学模型，分析负载扰动影响；

◆选择调整规律，并估算调整器参数；
◆进行MATLAB仿真结果调整调整器参数，使得：
初级仿真分析：在负载率分别为：100%、50%、10%、5%时，研究系统对给定值阶跃响应性能，并期望在负载率为10%时超调量小于40%；

四、设计原理分析

开关电源原理框图：

交流输入	整流滤波	直流	开关输出	交流	整流滤波	直流输出
			PWM调制		采样放大

五、系统建模分析

1．开关电源控制系统结构

给定	+	调节器	PWM	开关电路	输出
	_		比较器

反馈

2.开关电路主回路理想开关模型
Theboost converter，是一个开关直流升压电路，它能够是输出电压比输入电压高。

在充电过程中，开关闭合（三极管导通），等效电路图二，开关（三极管）处用导线替换。这时，输入电压流过电感。二极管预防电容对地放电。因为输入是直流电，所以电感上电流以一定比率线性增加，这个比率跟电感大小相关。伴随电感电流增加，电感里储存了部分能量。

当开关断开（三极管截止）时，因为电感电流保持特征，流经电感电流不会立即变为0，而是缓慢由充电完成时值变为0。而原来电路已断开，于是电感只能经过新电路放电，即电感开始给电容充电，电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了。升压完成。

说起来升压过程就是一个电感能量传输过程。充电时，电感吸收能量，放电时电感放出能量。假如电容量足够大，那么在输出端就能够在放电过程中保持一个连续电流。假如这个通断过程不停反复，就能够在电容两端得到高于输入电压电压。

3.局部线性化得到小信号模型，能够求解出状态变量和电压输入扰动和控制量d（占空比）间传输函数



u C ( )



d o

LCs 2

L
s1

u s i ( )

u C ( )



u io



d s ( )

LCs	2		L	s		1
			R

为工作点处占空比

u io

为工作点处输入电压值

4.PWM 比较器（输入：控制直流电平u，输出：占空比d），锯齿波us=kt，k 为

锯齿波上升段斜率，则



，传输函数为：d



5.开关电源PID 控制类似于以下图建立模

六、MATLAB 仿

1、初级仿真分析

Kp=0.0529 Ki=20 K

U=12V L=75μH

系统仿真
型进行仿真:

Gain

真分析

d=0.0003
C=680μF Uio=36V

Step	PID	1	60	Scope
			10e-7s +10e-4s+1 2
	PID Controller	Gain1	Transfer Fcn

①负载率为10%时：

②负载率为50%时：

③负载率为100%时：

七、硬件电路原理图设计分析和元器件选择

1.高频全桥逆变电路：

+VCC

10k	0.1 uf	100 uf
10k	0.1 uf	100 uf

-VCC

UA	0.1 uf	VD D	+15 v	Ho	20k	1	+15 v	Ho	IR2 110	VD D	UA
							20k
		HI		VB				VB		HI
			IR2 110		0.1 uf		0.1 uf
		SD		VS				VS		SD	0.1 uf
UB
		LI		NC				NC		LI	UB
		VS S		VC C				VC C		VS S
		NC		Lo	20k		20k	Lo		NC
		NC		CO M				CO M		NC
					0.1 uf		0.1 uf

样样样

4	3	2	0.1 uf	781 5	100 uf	15v
		100 uf				0.1 uf

GND

13
4 2

7812 +12V

100uf

100UF 0.1UF 0.1UF

GND

高频逆变主电路由全桥驱动组成。电路经过PWM1和PWM2占空比来得到脉宽

可调矩形波交流电压。VD1，VD4为一对桥臂，VD2，VD3为一对桥臂，成正

确两对桥臂同时导通，两对交替各导通

180°。驱动电路将控制电路发出信号转化为电力电子器件控制端和公共端之间，

能够使其开通或关断信号并含有一定驱动功率，含有较高抗干扰能力，同时还含

有电气隔离和电力电子器件保护功效

2.控制和隔离电路：

100 uf	+	0.1 u	1	A	16	5		SG 3525A	16	IA	+15 V	GN D	GN D	U?	+15 V
				0.0 1u									100
				2.8 K
						6			15
	10K					7			11
				10k	10K
			R?						12
						9
									14
									3
						0.1 u	1
									4
10K			RE S2	10K	16	2			12				GN D	OPTOIS O1	GN D
						8			10
														100
			10K		A
					10K
		-				100 u
					1

0.1u

GND

PWM控制电路作用是将一定范围内连续改变控制量模拟信号转化为PWM信号，该信号开关频率固定，占空比随输入信号连续改变。

有SG3525A发出PWM脉冲来控制逆变器Q1，Q4和Q2，Q3轮番导通，从而控制逆变电压和逆变频率。电气隔离实现了主电路及控制电路间电量隔离能够降低主电路开关噪声对控制电路影响，并提升控制电路安全性。

3.供电电路

控制电路供电由NE555+高频变压器+整流滤波+7812方案实现。控制

部分供电电路如上图。

驱动电路由LM2576HV-15供电，其驱动部分供电电路以下图所表示：

4.PID控制电路

八、参考文件

杨旭等，开关电源技术，机械工业出版社；

长谷川彰开关稳压电源设计和应用科学出版社；

陆治国实用电源技术手册-开关电源分册辽宁科学技术出版社；

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